特許 7089401 真直度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-14

(45)【発行日】2022-06-22

(54)【発明の名称】真直度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/30 20060101AFI20220615BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20220615BHJP

【ＦＩ】

G01B11/30 101

G01B11/00 G

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018095840

(22)【出願日】2018-05-18

(65)【公開番号】P2019200168

(43)【公開日】2019-11-21

【審査請求日】2021-04-13

(73)【特許権者】

【識別番号】510281944

【氏名又は名称】新東エスプレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112427

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 芳洋

(72)【発明者】

【氏名】青木 達也

(72)【発明者】

【氏名】寺本 亮

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６７８４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３１４９１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３４０５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー光を射出するレーザー光源と、
真直度を測定する測定対象物に沿って移動するように設置され、前記レーザー光が入射した場合に、前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第１プリズムと、
前記第１プリズムにより反射された前記レーザー光が入射した場合に、前記レーザー光を入射方向に対して９０°方向に反射させる直角プリズムと、
前記直角プリズムの前記レーザー光の射出面に配置され、前記直角プリズムにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出する光位置センサーと、を備え、
前記第１プリズムを前記測定対象物に沿って移動させながら前記光位置センサーにより前記レーザー光の入射位置を検出する真直度測定装置。

【請求項2】

前記第１プリズムは、コーナーキューブプリズムである請求項１記載の真直度測定装置。

【請求項3】

レーザー光を射出するレーザー光源と、
前記レーザー光を反射光と透過光に分離する第１偏光ビームスプリッターと、
真直度を測定する測定対象物に沿って移動するように設置され、前記第１偏光ビームスプリッターを透過した前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第１プリズムと、
前記第１偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第２プリズムと、
前記第１プリズムにより反射された前記レーザー光を反射光と透過光に分離する第２偏光ビームスプリッターと、
前記第２偏光ビームスプリッターの前記レーザー光の射出面に配置され、前記第２偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出する光位置センサーと、
前記第２偏光ビームスプリッターを透過した前記レーザー光と前記第２プリズムにより反射された前記レーザー光が合成された干渉光の干渉縞を検出する検出器と、
を備え、
前記第１プリズムを前記測定対象物に沿って移動させながら、前記光位置センサーにより前記第２偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出すると共に、前記検出器により前記干渉縞を検出する真直度測定装置。

【請求項4】

レーザー光を射出するレーザー光源と、
前記レーザー光の光束径を縮小するビームコンプレッサーと、
前記ビームコンプレッサーを通過した前記レーザー光を反射光と透過光に分離する第１偏光ビームスプリッターと、
真直度を測定する測定対象物に沿って移動するように設置され、前記第１偏光ビームスプリッターを透過した前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第１プリズムと、
前記第１偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第２プリズムと、
前記第１プリズムにより反射された前記レーザー光と前記第２プリズムにより反射された前記レーザー光が合成された干渉光の干渉縞を検出する検出器と、
を有する測長装置を備える真直度測定装置において、
前記第１プリズムにより反射された前記レーザー光を反射光と透過光に分離する第２偏光ビームスプリッターと、
前記第２偏光ビームスプリッターの前記レーザー光の射出面に配置され、前記第２偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出する光位置センサーと、を備え、
前記第１プリズムを前記測定対象物に沿って移動させながら、前記光位置センサーにより前記第２偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出すると共に、前記検出器により前記第１プリズムにより反射され前記第２偏光ビームスプリッターを透過したレーザー光と前記第２プリズムにより反射された前記レーザー光が合成された干渉光の干渉縞を検出する真直度測定装置。

【請求項5】

前記第１プリズム及び前記第２プリズムは、コーナーキューブプリズムである請求項３または４に記載の真直度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物の真直度を測定する真直度測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、工作機械等の機械の運動の真直度を測定する装置として、半導体位置検出器を機械に取り付け、機械を摺動面に沿って移動させつつレーザー発振器から発信されたレーザー光の半導体位置検出器への入射位置を検出することにより、機械の運動の真直度を測定する真直度測定装置が存在する（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６０－２０３８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで上述の真直度測定装置のように真直度の測定に半導体位置検出器を用いる装置においては、真直度の測定を高分解能で行うことが望まれている。また上述の真直度測定装置は、真直度の測定のみを行うものであることから、真直度の測定と共に距離の測定を行う場合には、別に測距装置を用意する必要があった。

【0005】

本発明の目的は、高分解能で真直度の測定を行うことができる真直度測定装置を提供することである。また真直度の測定と共に距離の測定を同時に行うことができる真直度測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の真直度測定装置は、レーザー光を射出するレーザー光源と、真直度を測定する測定対象物に沿って移動するように設置され、前記レーザー光が入射した場合に、前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第１プリズムと、前記第１プリズムにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出する光位置センサーと、を備え、前記第１プリズムを前記測定対象物に沿って移動させながら前記光位置センサーにより前記レーザー光の入射位置を検出する。

【0007】

また本発明の真直度測定装置は、前記第１プリズムがコーナーキューブプリズムである。

【0008】

また本発明の真直度測定装置は、前記第１プリズムと前記光位置センサーとの間に、前記レーザー光が入射した場合に、前記レーザー光を入射方向に対して９０°方向に反射させるミラーを備える。

【0009】

また本発明の真直度測定装置は、前記ミラーが直角プリズムにより構成され、前記光位置センサーは前記直角プリズムの前記レーザー光の射出面に配置される。

【0010】

本発明の真直度測定装置は、レーザー光を射出するレーザー光源と、前記レーザー光を反射光と透過光に分離する第１偏光ビームスプリッターと、真直度を測定する測定対象物に沿って移動するように設置され、前記第１偏光ビームスプリッターを透過した前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第１プリズムと、前記第１偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第２プリズムと、前記第１プリズムにより反射された前記レーザー光を反射光と透過光に分離する第２偏光ビームスプリッターと、前記第２偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出する光位置センサーと、前記第２偏光ビームスプリッターを透過した前記レーザー光と前記第２プリズムにより反射された前記レーザー光が合成された干渉光の干渉縞を検出する検出器と、を備え、前記第１プリズムを前記測定対象物に沿って移動させながら、前記光位置センサーにより前記第２偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出すると共に、前記検出器により前記干渉縞を検出する。

【0011】

本発明の真直度測定装置は、レーザー光を射出するレーザー光源と、前記レーザー光の光束径を縮小するビームコンプレッサーと、前記ビームコンプレッサーを通過したレーザー光を反射光と透過光に分離する第１偏光ビームスプリッターと、真直度を測定する測定対象物に沿って移動するように設置され、前記第１偏光ビームスプリッターを透過した前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第１プリズムと、前記第１偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、前記レーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射する第２プリズムと、前記第１プリズムにより反射された前記レーザー光と前記第２プリズムにより反射された前記レーザー光が合成された干渉光の干渉縞を検出する検出器と、を有する測長装置を備える真直度測定装置において、前記第１プリズムにより反射された前記レーザー光を反射光と透過光に分離する第２偏光ビームスプリッターと、前記第２偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出する光位置センサーと、を備え、前記第１プリズムを前記測定対象物に沿って移動させながら、前記光位置センサーにより前記第２偏光ビームスプリッターにより反射された前記レーザー光の入射位置を検出すると共に、前記検出器により前記第１プリズムにより反射され前記第２偏光ビームスプリッターを透過したレーザー光と前記第２プリズムにより反射された前記レーザー光が合成された干渉光の干渉縞を検出する。

【0012】

また本発明の真直度測定装置は、前記光位置センサーが前記第２偏光ビームスプリッターの前記レーザー光の射出面に配置される。

【0013】

また本発明の真直度測定装置は、前記第１プリズム及び前記第２プリズムがコーナーキューブプリズムである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、高分解能で真直度の測定を行うことができる真直度測定装置を提供することができる。また真直度の測定と共に距離の測定を行うことができる真直度測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施の形態に係る真直度測定装置の構成を示す図である。

【図2】第２の実施の形態に係る真直度測定装置の構成を示す図である。

【図3】第３の実施の形態に係る真直度測定装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図１を参照して本発明の第１の実施の形態に係る真直度測定装置について説明する。なお以下の説明においては、図１に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、この直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係等について説明する。Ｘ軸はレーザー光の射出方向に平行となるように設定され、Ｙ軸は水平方向に平行となるように設定され、Ｚ軸は、ＸＹ平面に直交する方向に設定されている。

【0017】

真直度測定装置２は、レーザー光を射出するレーザー光源４と、レーザー光源４から射出されたレーザー光の光束径を縮小するビームコンプレッサー６と、ビームコンプレッサー６により光束径が縮小されたレーザー光を入射方向に対して１８０°方向であって、入射したレーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射するコーナーキューブプリズム８を備えている。ここでコーナーキューブプリズム８は、３枚の平面の板を互いに直角に組み合わせ立方体の頂点型にした装置であり、入射したレーザー光を３枚の平面で繰り返し反射させることにより入射方向に対して１８０°方向に反射する。またコーナーキューブプリズム８は、真直度を測定する測定対象物、例えば２次元座標測定装置のガイドレール３０等にスライダー３２により取付けられ、ガイドレール３０に沿って移動するように設置されている。

【0018】

また真直度測定装置２は、コーナーキューブプリズム８により反射されたレーザー光が入射した場合に、レーザー光を入射方向に対して９０°方向に反射する反射面１０ａを有する直角プリズム１０、直角プリズム１０のレーザー光の射出面に配置され、反射面１０ａにより反射されたレーザー光の入射位置を検出する光位置センサー（ＰＳＤ）１２を備えている。

【0019】

真直度測定装置２においては、レーザー光源４から射出されビームコンプレッサー６を通過したレーザー光が＋Ｘ方向に進行し、コーナーキューブプリズム８に入射すると、入射方向に対して１８０°方向であって、入射したレーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射される。コーナーキューブプリズム８で反射されたレーザー光は、－Ｘ方向に進行し直角プリズム１０に入射し、反射面１０ａで＋Ｚ方向に反射される。そして直角プリズム１０から射出されたレーザー光が光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する。従って、被測定対象物であるガイドレール３０に沿ってコーナーキューブプリズム８を矢印Ａ方向に移動させながら、レーザー光の光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する位置を逐次検出することにより、被測定対象物の水平方向の真直度及び垂直方向の真直度を同時に測定することができる。

【0020】

この真直度測定装置２においては、入射方向に対して１８０°方向であって、入射したレーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射するコーナーキューブプリズム８を用いていることから、コーナーキューブプリズム８を介することなく直接、レーザー光の光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する位置を検出する場合に比較して、２倍の分解能で真直度の測定を行うことができる。またコーナーキューブプリズム８により反射されたレーザー光を更に＋Ｚ方向に反射する直角プリズム１０を備えるため装置を小型化することが可能となる。

【0021】

またコーナーキューブプリズム８は、レーザー光を反射するプリズムなので電気的な接続が不要であることから移動の自由度が大きい。

【0022】

なおこの実施の形態においては、ビームコンプレッサー６によりレーザー光源４から射出されたレーザー光の光束径を縮小して、光位置センサー（ＰＳＤ）１２によるレーザー光の入射位置の検出精度を向上させているが、レーザー光源４から射出されるレーザー光の光束径が小さい場合には、ビームコンプレッサー６を用いなくてもよい。

【0023】

次に図２を参照して本発明の第２の実施の形態に係る真直度測定装置について説明する。なお第２の実施の形態に係る真直度測定装置４０の説明においては、第１の実施の形態に係る真直度測定装置２と同一の構成に、第１の実施の形態に係る真直度測定装置２の説明で用いた符号を付して詳細な説明を省略する。また以下の説明においては、図１に示すＸＹＺ直交座標系と同様なＸＹＺ直交座標系を設定し、この直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係等について説明する。

【0024】

図２（ａ）は真直度測定装置４０の概略構成を示す側面図、図２（ｂ）は光位置センサー（ＰＳＤ）１２を＋Ｙ側から見た図である。真直度測定装置４０は、第１の実施の形態に係る真直度測定装置２からビームコンプレッサー６及び直角プリズム１０を取り除いた構成を有する。即ち、コーナーキューブプリズム８により－Ｘ方向に反射されたレーザー光の光路上に光位置センサー（ＰＳＤ）１２が位置するように光位置センサー（ＰＳＤ）１２を支持する支持部材１１を設け、支持部材１１にレーザー光源４から射出されレーザー光が通過する貫通孔１１ａを備えている。

【0025】

真直度測定装置４０においては、レーザー光源４から射出されたレーザー光が貫通孔１１ａを通過し、＋Ｘ方向に進行してコーナーキューブプリズム８に入射すると、レーザー光が－Ｘ方向に反射される。コーナーキューブプリズム８で反射されたレーザー光は－Ｘ方向に進行し光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する。従って、被測定対象物であるガイドレール３０に沿ってコーナーキューブプリズム８を矢印Ａ方向に移動させながら、レーザー光の光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する位置を逐次検出することにより、被測定対象物の水平方向の真直度及び垂直方向の真直度を同時に測定することができる。

【0026】

この真直度測定装置２においては、入射方向に対して１８０°方向であって、入射したレーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射するコーナーキューブプリズム８を用いていることから、コーナーキューブプリズム８を介することなく直接、レーザー光の光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する位置を検出する場合に比較して、２倍の分解能で真直度の測定を行うことができる。また第１の実施の形態に係る真直度測定装置２に備えられていたビームコンプレッサー６及び直角プリズム１０を備えないため、製造コストの低減を図ることができる。

【0027】

次に図３を参照して本発明の第３の実施の形態に係る真直度測定装置について説明する。なお第３の実施の形態に係る真直度測定装置５０の説明においては、第１の実施の形態に係る真直度測定装置２と同一の構成に、第１の実施の形態に係る真直度測定装置２の説明で用いた符号を付して詳細な説明を省略する。また以下の説明においては、図１に示すＸＹＺ直交座標系と同様なＸＹＺ直交座標系を設定し、この直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係等について説明する。

【0028】

真直度測定装置５０は、レーザー光を射出するレーザー光源４と、レーザー光源４から射出されたレーザー光の光束径を縮小するビームコンプレッサー６と、ビームコンプレッサー６により光束径が縮小されたレーザー光を反射光と透過光に分離する第１偏光ビームスプリッター２０と、レーザー光の入射方向に対して１８０°方向であって、入射したレーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射するコーナーキューブプリズム８を備えている。ここでコーナーキューブプリズム８は、真直度を測定する測定対象物、例えば２次元座標測定装置のガイドレール３０等にスライダー３２により取付けられ、ガイドレール３０に沿って移動するように設置されている。

【0029】

また真直度測定装置５０は、コーナーキューブプリズム８により反射されたレーザー光が入射した場合に、レーザー光を反射光と透過光に分離する第２偏光ビームスプリッター２４を備えている。第２偏光ビームスプリッター２４の＋Ｚ側の射出面には、第２偏光ビームスプリッター２４により分離されたレーザー光（反射光）の入射位置を検出する光位置センサー（ＰＳＤ）１２が配置されている。また第２偏光ビームスプリッター２４の－Ｘの射出面は、第１偏光ビームスプリッター２０の＋Ｘ側の面に接して配置されている。

【0030】

また真直度測定装置５０は、第１偏光ビームスプリッター２０により反射されたレーザー光を、レーザー光の入射方向に対して１８０°方向であって、入射したレーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射するコーナーキューブプリズム２２を備えている。ここでコーナーキューブプリズム２２は、コーナーキューブプリズム８と同様な構成を有している。

【0031】

更に真直度測定装置５０は、第２偏光ビームスプリッター２４を透過したレーザー光とコーナーキューブプリズム２２により反射されたレーザー光が合成された干渉光の干渉縞を検出する検出器５を備えている。

【0032】

真直度測定装置５０においては、レーザー光源４から射出されビームコンプレッサー６を通過し更に第１偏光ビームスプリッター２０を透過したレーザー光が＋Ｘ方向に進行し、コーナーキューブプリズム８に入射する。コーナーキューブプリズム８に入射したレーザー光は、－Ｘ方向に反射されて第２偏光ビームスプリッター２４に入射し反射光と透過光に分離される。そして第２偏光ビームスプリッター２４で＋Ｚ方向に反射されたレーザー光（反射光）は光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する。また第２偏光ビームスプリッター２４を透過したレーザー光（透過光）は第１偏光ビームスプリッター２０に入射して－Ｘ方向に進行し、コーナーキューブプリズム２２により反射され第１偏光ビームスプリッター２０により－Ｘ方向に反射されたレーザー光と合成されて、干渉光となり－Ｘ方向に進行して検出器５に入射する。検出器５においては入射した干渉光の干渉縞を検出する。

【0033】

従って、被測定対象物であるガイドレール３０に沿ってコーナーキューブプリズム８を矢印Ａ方向に移動させながら、レーザー光の光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する位置を逐次検出することにより、被測定対象物の水平方向の真直度及び垂直方向の真直度を同時に測定することができる。更に検出器５によりレーザー光の干渉縞を検出することによりコーナーキューブプリズム８までの距離を測定することができる。

【0034】

この真直度測定装置５０においては、入射方向に対して１８０°方向であって、入射したレーザー光に対して所定の距離を置いて平行に反射するコーナーキューブプリズム８を用いていることから、コーナーキューブプリズム８を介することなく直接、レーザー光の光位置センサー（ＰＳＤ）１２に入射する位置を検出する場合に比較して、２倍の分解能で真直度の測定を行うことができる。またこの真直度測定装置５０においては、真直度の測定を行うと同時にコーナーキューブプリズム８までの距離の測定も行うことができる。

【0035】

また第３の実施の形態に係る真直度測定装置５０は、レーザー光源４と、第１偏光ビームスプリッター２０と、コーナーキューブプリズム８と、コーナーキューブプリズム２２と、検出器５を有する測長装置に、オプションとして第２偏光ビームスプリッター２４と、光位置センサー１２とを備えることにより構成することができる。

【符号の説明】

【0036】

２，４０，５０…真直度測定装置、４…レーザー光源、５…検出器、６…ビームコンプレッサー、８，２２…コーナーキューブプリズム、１０…直角プリズム、１２…光位置センサー、２０…第１偏光ビームスプリッター、２４…第２偏光ビームスプリッター

【図1】

【図2】

【図3】